16 августа 2017Переменная
21190

Мне, пожалуйста, без газа

Есть ли место для природного газа в энергетике будущего?

текст: Станислав Кувалдин
Detailed_pictureБурильные трубы у месторождения сланцевого газа, Маннингтон, США© Getty Images

Текст продолжает проект об экологии «Переменная».

2016 год стал самым теплым в истории наблюдений за климатом — и это третий рекорд подряд. Без человеческого вмешательства тут не обошлось, считают ученые: именно антропогенные выбросы парниковых газов в последние 150 с лишним лет стали причиной такого быстрого изменения климата Земли. Что с этим делать? Самый простой ответ — как можно быстрее перестать сжигать любые виды ископаемого топлива, поскольку именно это добавляет в атмосферу гигантские объемы углерода, миллионы лет накапливаемые Землей.

Впрочем, этот ответ настолько же «прост», как совет перестать есть или немедленно переключиться на зелень и овощи человеку, желающему сбросить вес. Инфраструктура современной цивилизации создавалась в расчете на ископаемое топливо, а солнце и ветер не «работают» с одинаковой интенсивностью, и объемы выработки электричества постоянно скачут от избытка к дефициту. Поэтому нужны более сложные «диеты», где найдется место и углеводородному топливу.

В наиболее неоднозначной позиции оказывается при этом природный газ. Его можно считать одновременно и причиной глобального потепления, и важным инструментом по снижению выбросов CO2 — то есть «Газпром» оказывается и главным злодеем климатической оперетты, и инновационным источником экологически выгодного топлива. Как так может быть?

Хороший газ

Разумеется, природный газ — ископаемое топливо. При его сжигании в атмосферу попадает двуокись углерода, и усиливается парниковый эффект. Однако на эту же ситуацию можно посмотреть совершенно иначе. В сравнении с другими видами топлива, которые человечество продолжает активно извлекать из Земли и сжигать ради получения энергии, прегрешения природного газа перед климатом кажутся наименьшими. Например, если газовая и угольная электростанции произведут одинаковый объем электричества, то, по расчетам Американского агентства энергетической информации и других экспертов, выбросы CO2 от газовой ТЭС окажутся на 50% или 60% меньше, чем у ее угольной «соперницы». Такие расчеты проводились для современных станций; по-видимому, если взять устаревшие варианты угольной генерации, преимущество газа может быть еще более очевидным. Для автомобильных двигателей, работающих на бензине и газе, разница меньше, но тоже заметна: стандарты двигателей внутреннего сгорания, а также используемого ими бензина или дизельного топлива постоянно совершенствуются, и, по некоторым оценкам, преимущество газа в этом сегменте снижается.

В мире добывается достаточно много газа. Газ как источник электроэнергии позволяет избежать проблем, связанных с нестабильностью поставок электричества от солнечных и ветровых установок. Кроме того, старую угольную электростанцию не так сложно переоборудовать для работы на газе. А это значит, что природный газ позволяет добиться быстрого относительного снижения эмиссии CO2 без больших изменений в привычной технологической инфраструктуре. Иными словами, в нашей «диете» можно просто заменить самый «вредный» уголь на газ и получить неплохой результат без особых усилий.

Соблазнительность газового рецепта как способа снизить воздействие на климат Земли можно продемонстрировать на примере текущей статистики. Так, в частности, активная замена угля на газ в качестве топлива тепловых электростанций в США уже привела к тому, что осенью 2016 года американская электроэнергетика перестала быть лидером в выбросах углекислого газа среди секторов американской экономики, уступив первенство транспорту. Впервые более чем за 40 лет американские автомобили выбросили в атмосферу больше углекислого газа, чем трубы электростанций. При этом автомобилей не стало существенно больше, а электростанции не стали давать меньше тока.

Конечно, уменьшение выбросов CO2 при производстве электричества объясняется не только газовым фактором: в Америке активно строятся солнечные и ветровые электростанции. И все же именно рост газовой генерации за счет угольной стал наиболее заметным явлением последних лет. В 2016 году газ превратился в главный источник электроэнергии, производимой на территории США, лишив этого статуса уголь: 34% выработанного в США электричества в 2016 году произведено за счет природного газа. Именно поэтому многие эксперты считают, что, несмотря на выход США из Парижского климатического соглашения, страна едва ли сильно отклонится от своих целей по снижению выбросов парниковых газов в рамках этого договора.

В Великобритании, где в прошлом году потребление угля обрушилось на рекордные 52%, местные ТЭС также активно отказываются от угля и переходят на газ. Увеличение ставки налога на углерод в 2015 году на 100%, до 18 фунтов за тонну, дополнительно простимулировало этот процесс. Свои планы по увеличению доли газа в энергетической корзине имеет Китай, главный потребитель угля в мире. Преодоление угольной зависимости для Китая — очень сложная задача, для решения которой власти страны принимают разнообразные меры, например, активно развивают генерацию на возобновляемых источниках энергии и строят новые АЭС. Однако некоторая роль отводится и газу: в 2020 году его долю в энергетическом балансе Китая планируется довести до 10% (в 2015-м она составляла 5,9%).

Действующая энергостратегия России до 2030 года предполагает даже уменьшить использование газа и частично заменить его углем. По-видимому, правительство полагает, что наша энергетика и так не в меру «чистая».

Россия не только поставляет газ на внешние рынки, но и довольно активно использует его во внутренней энергетике. Начиная с 1970-х годов Советский Союз начал переводить часть уже построенных угольных ТЭС на природный газ и вводить в строй новые газовые электростанции. Тогда это объяснялось экономическими соображениями. Доля газа в выработке электроэнергии в России довольно высока: на газе работает около 70% российских ТЭС (которые обеспечивают примерно 67% вырабатываемого в России электричества). Уголь отвечает примерно за 18% энергобаланса России. По планам обсуждаемой сейчас энергетической стратегии России до 2035 года, увеличивать долю газа не планируется. А действующая стратегия до 2030 года предполагает даже уменьшить использование газа и частично заменить его углем. По-видимому, правительство России полагает, что наша энергетика и так не в меру «чистая».

Плохой газ

Если газ настолько хорош в деле уменьшения выбросов парниковых газов, то почему же он до сих пор не признан универсальным оружием против глобального потепления? Низкие выбросы CO2 не выводят природный газ из семейства ископаемых углеводородов. Его использование добавляет в атмосферу новые объемы углерода, которые могли бы остаться в земле, если бы человечество предпочло добыть необходимую энергию иным способом — например, установив ветровые турбины или солнечные панели.

Впрочем, к природному газу есть и другие вопросы. Если определять вклад газа в глобальное потепление, учитывая лишь тот CO2, который попадает в атмосферу при его сжигании, его репутация выглядит вполне приличной. Но можно подсчитать общее количество парниковых газов, которые образуются на всей цепочке от добычи газа из скважины до доставки финальному потребителю. Тогда картина становится менее радужной: каждый этап добычи и транспортировки газа по трубопроводам или сжижения, закачки в танкеры и последующего разжижения на терминалах сопровождается его утечками. Попадающий при этом в атмосферу метан обладает гораздо более мощным парниковым эффектом, чем образующийся при сжигании природного газа CO2. Правда, попав в атмосферу, метан распадается гораздо быстрее (примерно за 12 лет), чем углекислый газ (его срок распада насчитывает сотни и тысячи лет). И все же кратковременный сильный парниковый эффект от утечек метана приходится учитывать в расчетах. В частности, в 2016 году утечки метана при добыче и транспортировке газа обеспечили 45% объемов парниковых газов, по которым Россия ежегодно отчитывается перед Рамочной конвенцией ООН об изменении климата. «Газпром» пытается оспорить методику, по которой производятся подобные расчеты, но речь идет об очень серьезных объемах.

Отдельно стоит заметить, что рост использования газа в последние годы связан отнюдь не со всеобщей озабоченностью проблемой изменения климата. В первую очередь, на это повлияли чисто технологические факторы: «сланцевая революция» в США, открывшая для добычи новые объемы газа, извлечение которых прежде считалось нерентабельным, а также развитие рынков сжиженного природного газа и формирование инфраструктуры для доставки СПГ в разные регионы мира. При этом применение технологии гидравлического разрыва пластов (фрэкинга), используемой для добычи сланцевого газа, тоже неизбежно связано со значительными утечками метана. Небольшие объемы сланцевых месторождений, которые заставляют достаточно часто менять места добычи и, соответственно, вновь разрывать пласты, также влияют на объемы таких утечек. Исследование Гарвардского университета, основанное на спутниковом мониторинге, показало, что за 2002—2014 годы выбросы метана в атмосферу на территории США увеличились на 30%, что в значительной мере повлияло на общемировой рост утечек метана. Хотя авторы исследования не берутся напрямую связывать это именно со сланцевыми разработками, такая гипотеза вполне вероятна. Для оценки вклада технологии СПГ в эмиссию парниковых газов приходится дополнительно учитывать также те значительные объемы энергии, которые требуется потратить для сжижения и разжижения газа на терминалах, — если эта энергия произведена не возобновляемыми источниками, с ней тоже связаны выбросы CO2.

Неизбежный газ

В любых спорах о том, помогает или мешает природный газ решить проблему глобального потепления, необходимо сначала ответить на вопрос, чем можно заменить тот газ, который уже использует человечество. И здесь мы упираемся в технологические реалии. Действительно, в электроэнергетике у природного газа есть понятная «зеленая» альтернатива в виде возобновляемых или безуглеродных (например, АЭС или крупные ГЭС) источников энергии.

Однако газ используется не только для выработки электричества. Значительные объемы газа потребляет химическая и металлургическая промышленность — и вообще любая индустрия, для которой критически важны высокие температуры (во всяком случае, в Европе около 30% потребляемого газа используется именно в промышленном секторе). Заменить здесь напрямую газ электричеством из возобновляемых источников невозможно. Также значительно затруднен и отказ от газа в коммунальном секторе, где он используется для отопления зданий. Хотя электрические тепловые насосы могут быть достаточно эффективным источником тепла, эта технология требует надежной теплоизоляции, которой нет в зданиях старой постройки. Поэтому до тех пор, пока такие здания будут использоваться, их предпочтительнее отапливать газом.

Наконец, во многих странах существует разветвленная инфраструктура газопроводов, созданная для обеспечения энергией промышленности и бытовых потребителей. В случае теоретического отказа от природного газа вся она превратится в огромную сеть никому не нужных труб.

«Зеленый» ответ на эти затруднения существует. По-прежнему необходимый человечеству газ не обязательно выкачивать из земли: например, метан можно получать, сбраживая растительную биомассу или органические отходы на специальных установках. Тогда необходимые углеводороды можно будет буквально выращивать в поле или находить на свалке. Впрочем, при всей соблазнительности такой технологии получения «возобновляемого» газа приходится думать о том, сколько полей придется засеять, чтобы обеспечить необходимые человечеству объемы топлива, — и смогут ли люди обеспечить себя едой и электричеством, используя один и тот же ресурс пахотных земель.

Кроме того, уже существуют и работают технологии, предполагающие соединить генерацию электрической энергии из возобновляемых источников с газовой инфраструктурой. Суть процесса в том, что часть энергии ветровых и солнечных электростанций направляется на выработку водорода (прежде всего, путем гидролиза). Полученный водород можно транспортировать по существующим газовым сетям конечным потребителям. При необходимости водород можно соединять с углекислым газом — этот процесс называется метанацией, поскольку его результатом оказывается тот же метан, что еще более упрощает использование существующей инфраструктуры.

Водород, полученный путем электролиза при использовании энергии ветра и солнца, уже добавляется в небольших количествах в существующие газовые сети в Германии. Полученная энергетическая смесь используется как обычный природный газ, при этом ее вклад в дополнительную эмиссию парниковых газов оказывается меньше. Вопрос, разумеется, в цене полученного таким образом газа, а также в технологической допустимости смешения — на данный момент считается, что без опасности для существующих сетей и конечных потребителей доля водорода в транспортируемой смеси не должна превышать 10%. Метанация водорода — процесс, технически возможный, однако он опять же требует затрат энергии. Кроме того, пока не вполне понятно, откуда брать необходимые объемы углекислого газа (возможно, технология станет более востребованной вместе с совершенствованием и распространением процесса улавливания индустриального углекислого газа).

Получается, «озеленить» можно и голубое топливо — было бы желание справиться с проблемой изменения климата.

Комментарии